Cell發布重大成果：無創刺激大腦深部區域

　　深部腦刺激(Deep Brain Stimulation，DBS)是由拉斯克獎得主Alim Louis Benabid發明的一種醫療方法，可以改善衰弱性，出現治療抗性的腦部疾病，但這種方法需要手術穿過多層組織，植入電極到大腦靶標中，這無疑會給患者帶來巨大的痛苦。

　　來自美國麻省理工學院，英國帝國理工學院的一組研究人員研發出了一種不需要手術手段，就可以刺激埋在大腦皮層下方的區域的新方法，這種方法也不會干擾大腦靶標周圍的組織。這一研究成果公布在最新一期（6月1日）的Cell雜志上。

　　領導這一研究的是光遺傳學技術先驅，麻省理工的Edward S. Boyden教授，2005年Boyden教授和Karl Deisseroth教授研發出了光遺傳學技術，他們使用慢病毒基因載體結合高速光開關將一種天然的海藻蛋白質ChR2（Channelrhodopsin-2）轉染到神經元中，實現動作電位與突觸傳導的興奮抑制性控制。

　　對于最新這項成果，Boyden教授表示，“深層腦刺激可以幫助數以百萬計的腦部疾病患者。如果我們可以從大腦外部進行刺激，那么就可以幫助到更多的人”。之前的研究證明深部腦刺激可以改善帕金森病，抑郁癥和一些嚴重的強迫癥患者，并且近期的一些研究也指出了這種方法對于阿茲海默癥的治療療效。但是外科手術都是侵入性的，而且還通常要求患者保持清醒，因此造成了這種治療手段的局限性。

　　在這篇文章中，研究人員采用方法的基礎在于神經元對高頻刺激普遍缺乏反應，文章第一作者Nir Grossman說，“幾十年前，我們就已經了解了這種基礎生物物理特性”。然而最新研究表明，如果頻率略有不同，神經元可以區別出兩個干擾電流之間的差異。因此可以通過來自大腦表面的高頻電流選擇皮質下方的區域。

　　研究人員在小鼠頭頂部的特別位置放置了兩個電極，然后激發稍稍不同的高頻電流，在其中一個實驗中，顱骨一側的電極提供了2,010千赫茲電流，而相對的電極激發的是2000千赫茲的電流。這種高頻不會影響它們所穿過的腦區域神經元。但是，在這些電流重疊的大腦區域，會發生相互干擾，神經元能夠感測到兩個頻率之間的差異，并受到10赫茲電流的影響。

　　研究組將這稱為“時間干擾刺激（temporal interference stimulation）”，這首次證明了在體外實驗，和小鼠實驗中可以通過這種方式記錄到皮質中的神經元活動。之后研究人員進一步深入到大腦中，選擇性地刺激了海馬區，Grossman說：“這是有史以來第一次證明神經元可以實際對這產生應答。”

　　接下來，研究人員通過增加或減少一側電極的刺激頻率，“引導”重疊區域的改變，Boyden教授說，當一側當前的電流弱于另一側電流的時候，重疊區域就會靠近弱勢一方。通過這樣的引導，研究人員在小鼠的右爪和左爪，晶須和耳朵中產生了自選運動。

　　這項研究證實，刺激清醒的小鼠大腦并沒有改變腦溫度，損傷神經元或DNA，以及24小時后引起免疫反應。值得注意的是，時間干擾刺激影響預期的腦區域內神經元活動，而不影響周圍區域，研究人員通過檢查海馬和周圍組織的c-fos蛋白水平（神經元活動的標記）證明了這一點。

　　“這只是一個開始，還有更多的工作要做，但這項成果是一個里程碑，”Grossman說。